航標遙測遙控系統中北斗衛星通信技術的應用研究
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摘 要：航標遙測遙控系統是基于物聯網實現的航標管理系統，在航標運行維護中具有重要作用，應用北斗衛星通信技術可以對其功能性能進行進一步完善。文章首先對航標遙測遙控系統應用現狀進行介紹，分析北斗衛星通信技術的應用優勢，進而研究其在航標遙測遙控系統中的設計應用方法。
關鍵詞：航標 遙測遙控系統 北斗衛星通信
海上通航安全是一切海運活動的重要前提，在我國海運規模的快速提升下，需要對航海保障能力做出進一步提高。目前航標遙測遙控系統已經在海域航行中得到了較為廣泛的應用，其監測系統主要采用GPS和GPRS通信技術，由于GPRS信號覆蓋范圍較小，難以實現對遠距離航標的遙測和遙控。應用北斗衛星通信技術可以解決這一問題。
1.航標遙測遙控系統的應用現狀
在數字航標建設要求下，遙測遙控技術得到廣泛應用，并成為構建新一代航標管理系統的核心技術。在航標遙測遙控技術的應用，可以顯著改善航標管理效率，提高其公共服務能力，對于營造一個安全、高效的海上通航環境具有重要意義。從目前航標遙測遙控系統的應用情況來看，其主要功能包括航標監控、工作狀態報警、供電設備自動控制等。采用的自動化檢測技術主要包括可編程控制器（PLC）、遙控終端（RTU）、蜂窩電話（NMT）、衛星通信技術等。其中，國外數字航標系統的建設起步較早，在上世紀90年代就開始構建航標遙測遙控系統。我國航標遙測遙控系統的建設和研究則起步于2000年，目前主要應用區域為北方海區。從目前國內的航標遙測遙控系統應用情況來看，仍然存在許多未解決的技術問題，比如在渤海部分海域存在孤立危險物燈浮標，系統無法依靠傳統通信技術解決通信問題。為了解決航標遙測遙控系統實際存在的問題，北斗衛星通信技術的應用逐漸受到了關注。
2.北斗衛星通信技術的應用優勢
有我國自主研發的北斗衛星通信系統，不僅具有與全球衛星通信系統（GPS）相當的定位和導航服務功能，還具有雙向通信功能，采用短報文進行通信，信號可覆蓋全國各地及亞太大部分地區，解決GPRS信號無覆蓋領域的通信問題。根據《北海航海保障中心發展戰略（2013-2020）》，預計到2020年時，可全面建成功能完善、技術先進、布局合理、運轉協調、響應及時的綜合航海保障體系，具備現代化航海保障功能，提供全時域的綜合保障服務。為實現這一戰略發展目標，需要不斷提升航標管理維護效率。其中，衛星導航和通信系統的應用，是構建層級遞進立體式助航網絡的關鍵。我國北斗衛星通信系統是分階段演進衛星系統，定位精確，可提供精密的授時服務，通信信號覆蓋范圍廣，可以充分滿足航標遙測遙控系統的應用需求。特別是在解決偏遠航標遠程測控管理問題方面，具有明顯的應用優勢，可促進我國航標遙測遙控系統技術水平的進一步提升。
3.北斗衛星通信技術在航標遙測遙控系統中的設計應用
3.1應用原理
北斗衛星通信技術在航標遙測遙控系統中的應用，主要是為了解決遙測遙控系統的遠程通信問題。系統整體設計與一般遙測遙控系統的原理相同，主要由信息監控平臺、遙測遙控終端設備等部分組成。航標遙測遙控終端設備通過安裝數據采集裝置，可以自動獲取航標工作狀態。然后對采集到的數據進行封裝，通過通信系統進行發送。在北斗衛星通信技術的應用下，則利用北斗衛星通信模塊發送經過封裝的信息數據，經過衛星傳輸網絡，發送到北斗衛星服務器，由服務器對受到的數據信息進行解碼，然后發送給代理服務器。經過數據過濾后，將航標信息保存到系統數據庫中。此外，服務器會對接收到的航標遙測遙控終端設備返回信息進行定期檢測，開展數據有效性處理等工作，將結果保存在數據庫中，方便用戶進行調用。在系統使用過程中，用戶可直接登錄Web界面，查詢航標終端發送的遙測遙控數據，并發送遙測遙控指令。由代理服務器接對待發送指令進行實時監測，對其進行重新封裝，然后通過指定端口發送。北斗衛星服務器接收到指令數據后，通過通信網絡發送給目標終端設備，由終端設備解碼，并執行相應的指令。
3.2系統架構設計
在系統架構設計過程中，考慮到航標遙測遙控系統本身具有較為復雜的功能結構，需要處理好被動衛星通信模塊在航標遙測遙控系統中的嵌入方式。航標遙測遙控系統的功能結構主要包括網絡平臺、高帶寬接入軟件平臺、包括機房在內的硬件系統等。需要具備的功能包括網絡管理與服務功能、服務器系統功能、應用軟件管理功能、數據存儲管理功能和自動檢測功能等。因此，在北斗衛星通信技術的應用過程中，可采用SAN架構模式，組建航標遙測遙控系統，實現各系統功能模塊之間的互聯互通，為通信功能的正常使用提供支持。從RAID存儲數據到北斗衛星通信網的數據傳輸向來看，主要經過北斗衛星服務管理器、報文組織模塊、虛通道Buf、光纖鏈路接口，達到北斗衛星通信網。北斗衛星通信網向RAID存儲模塊的信息發送則為逆過程，其中報文組織模塊替換為報文整合模塊，其余不變。在該系統架構設計模式下，可以實現上述通信服務功能。
3.3通信子系統設計
通信自系統設計是北斗衛星通信技術應用的關鍵，其主要是利用北斗衛星通信網絡和航標終端之間的交互，實現信息上傳及指令下達。在通信網絡接收航標終端信息時，根據系統定義傳輸通信協議，對信息有效性進行驗證，在此過程中需要對信息進行拆包和組包的操作，確保應用程序接收到的信息為完整數據包。在監控終端下達指令數據時，也需要通過驗證后傳送給航標終端設備。在與應用系統進行通信時，系統首先將接收到的信息，存儲在北斗衛星服務器的收發緩存隊列中，然后由系統提供程序通信接口。從該接口上傳完整的數據信息，被后臺應用程序接收，同時將遙控數據傳輸到服務器發送隊列，利用北斗通信網絡發送給航標終端。用戶使用過程中，系統提供了Web交互界面接口，用于接收Web程序下發的終端信息數據及終端反饋信息技術，以可視化的方式呈現在用戶面前，方便用戶進行航標遠程管理。
3.4系統運行機制
在北斗衛星通信技術的應用下，航標遙測遙控系統中的北斗通信模塊負責與北斗衛星通信系統交換信息數據。包括將航標終端信從北斗通信系統中提取出來，并將Web接口發送指令傳送到北斗通信系統的等待隊列中。在整個通信過程中，通過北斗通信模塊與衛星通信系統之間的交互，可順利完成航標信息、指令信息的傳遞工作，解決傳統通信模式下信號覆蓋不全面、存在信息孤島等問題。用戶只需要面對Web操作界面和應用服務器完成數據的上傳、下載，即可實現航標遙測遙控等功能。目前北斗二代衛星導航系統已經進入應用階段，通信功能更加完善，將北斗衛星應用系統運用到航標遙測遙控中，可以突破其技術瓶頸，并為信息數據安全提供保障。因此，北斗衛星通信技術是解決原理海岸航標智能化管理的關鍵技術。
綜上所述，北斗衛星通信技術在航標遙測遙控系統中的應用具有多方面優勢，可以解決傳統通信技術中存在的問題，為通信服務質量提供保障。在我國北斗衛星通信技術的快速發展下，其能夠發揮的價值也越開越重要，對于推動航標遙測遙控技術升級具有重要意義。
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